认识电气工程

一、电气

电气（electrical，electrical power and equipment）是电能的生产、传输、分配、使用和电工装备制造等学科或工程领域的统称。是以电能、电气设备和电气技术为手段来创造、维持与改善限定空间和环境的一门科学，涵盖电能的转换、利用和研究三方面，包括基础理论、应用技术、设施设备等。

二、电气工程

电气工程（Electrical Engineering，简称EE）是现代科技领域中的核心学科之一，更是当今高新技术领域中不可或缺少的关键学科。正是电子技术的巨大进步才推动了以计算机网络为基础的信息时代的到来，并将改变人类的生活、工作模式。电气工程的发展前景同样很有潜力，使得当今的学生就业比率一直很高。

三、控制系统

电气控制系统一般称为电气设备二次控制回路，不同的设备有不同的控制回路，而且高压电气设备与低压电气设备的控制方式也不相同。

主要功能

为了保证一次设备运行的可靠与安全，需要有许多辅助电气设备为之服务，能够实现某项控制功能的若干个电器组件的组合，称为控制回路或二次回路。这些设备要有以下功能：

1、自动控制功能：高压和大电流开关设备的体积是很大的 ，一般都采用操作系统来控制分、合闸，特别是当设备出了故障时，需要开关自动切断电路，要有一套自动控制的电气操作设备，对供电设备进行自动控制；

2、保护功能：电气设备与线路在运行过程中会发生故障，电流（或电压）会超过设备与线路允许工作的范围与限度，这就需要一套检测这些故障信号并对设备和线路进行自动调整（断开、切换等）的保护设备；

3、监视功能：电是眼睛看不见的，一台设备是否带电或断电，从外表看无法分辨，这就需要设置各种视听信号，如灯光和音响等，对一次设备进行电气监视；

4、测量功能：灯光和音响信号只能定性地表明设备的工作状态（有电或断电），如果想定量地知道电气设备的工作情况，还需要有各种仪表测量设备，测量线路的各种参数，如电压、电流、频率和功率的大小等。

在设备操作与监视当中，传统的操作组件、控制电器、仪表和信号等设备大多可被电脑控制系统及电子组件所取代，但在小型设备和就地局部控制的电路中仍有一定的应用范围。这也都是电路实现微机自动化控制的基础。

系统组成

常用的控制线路的基本回路由以下几部分组成。

1、电源供电回路：供电回路的供电电源有AC380V和220V等多种；

2、保护回路：保护(辅助)回路的工作电源有单相220、36V或直流220、24V等多种，对电气设备和线路进行短路、过载和失压等各种保护，由熔断器、热继电器、失压线圈、整流组件和稳压组件等保护组件组成；

3、信号回路：能及时反映或显示设备和线路正常与非正常工作状态信息的回路，如不同颜色的信号灯，不同声响的音响设备等；

4、自动与手动回路：电气设备为了提高工作效率，一般都设有自动环节，但在安装、调试及紧急事故的处理中，控制线路中还需要设置手动环节，通过组合开关或转换开关等实现自动与手动方式的转换；

5、制动停车回路：切断电路的供电电源，并采取某些制动措施，使电动机迅速停车的控制环节，如能耗制动、电源反接制动，倒拉反接制动和再生发电制动等；

6、自锁及闭锁同路：启动按钮松开后，线路保持通电，电气设备能继续工作的电气环节叫自锁环节，如接触器的动合触点串联在线圈电路中。两台或两台以上的电气装置和组件，为了保证设备运行的安全与可靠，只能一台通电启动，另一台不能通电启动的保护环节，叫闭锁环节。如两个接触器的动断触点分别串联在对方线圈电路中。

运行原理

电气系统微机保护装置的数字核心一般由CPU、存储器、定时器/计数器、Watchdog等组成。数字核心的主流为嵌入式微控制器（MCU），即通常所说的单片机;输入输出通道包括模拟量输入通道（模拟量输入变换回路（将CT、PT所测量的量转换成更低的适合内部A/D转换的电压量，±2.5V、±5V或±10V）、低通滤波器及采样、A/D转换）和数字量输入输出通道（人机接口和各种告警信号、跳闸信号及电度脉冲等）。

保护装置

电气系统微机保护装置是用微型计算机构成的继电保护，是电力系统继电保护的发展方向（现已基本实现，尚需发展），它具有高可靠性，高选择性，高灵敏度。微机保护装置硬件包括微处理器（单片机）为核心，配以输入、输出通道，人机接口和通讯接口等。该系统广泛应用于电力、石化、矿山冶炼、铁路以及民用建筑等。微机的硬件是通用的，而保护的性能和功能是由软件决定。

四、电气图

常用的电气图包括：电气原理图、电器元件布置图、电气安装接线图。各种图纸的图纸尺寸一般选用297×210、297×420、297×630、297×840mm、四种幅面，特殊需要可按GB126—74《机械制图》国家标准选用其他尺寸。

电气原理

用图形符号、文字符号、项目代号等表示电路各个电气元件之间的关系和工作原理的图称为电气原理图。电气原理图结构简单、层次分明，适用于研究和分析电路工作原理、并可为寻找故障提供帮助，同时也是编制电气安装接线图的依据，因此在设计部门和生产现场得到广泛应用。

电气原理图是把一个电气元件的各部件以分开的形式进行绘制，现场也有将同一电器上各个零部件均集中在一起，按照其实际位置画出的电路结构图。

结构图的画法比较容易识别电器，便于安装和检修。但是，当线路比较复杂和使用的电器比较多时，线路便不容易看清楚。因为同一电器的各个部件在机械上虽然联在一起，但是电路上并不一定相互关联。

绘制原则：

1、电气原理图中的电器元件是按未通电和没有受外力作用时的状态绘制。在不同的工作阶段，各个电器的动作不同，触点时闭时开。而在电气原理图中只能表示出一种情况。因此，规定所有电器的触点均表示在原始情况下的位置，即在没有通电或没有发生机械动作时的位置。对接触器来说，是线圈未通电，触点未动作时的位置；对按钮来说，是手指未按下按钮时触点的位置；对热继电器来说，是常闭触点在未发生过载动作时的位置等等。

2、触点的绘制位置。使触点动作的外力方向必须是：当图形垂直放置时为从左到右，即垂线左侧的触点为常开触点，垂线右侧的触点为常闭触点；当图形水平放置时为从下到上，即水平线下　　方的触点为常开触点，水平线上方的触点为常闭触点。

3、主电路、控制电路和辅助电路应分开绘制。主电路是设备的驱动电路，是从电源到电动机大电流通过的路径；控制电路是由接触器和继电器线圈、各种电器的触点组成的逻辑电路，实现所要求的控制功能；辅助电路包括信号、照明、保护电路。

4、动力电路的电源电路绘成水平线，受电的动力装置（电动机）及其保护电器支路应垂直与电源电路。

5、主电路用垂直线绘制在图的左侧，控制电路用垂直线绘制在图的右侧，控制电路中的耗能元件画在电路的最下端。

6、图中自左而右或自上而下表示操作顺序，并尽可能减少线条和避免线条交叉。

7、图中有直接电联系的交叉导线的连接点（即导线交叉处）要用黑圆点表示。无直接电联系的交叉导线，交叉处不能画黑圆点。

8、在原理图的上方将图分成若干图区，并标明该区电路的用途与作用；在继电器、接触器线圈下方列有触点表，以说明线圈和触点的从属关系。

元件布置

电器元件布置图主要是表明电气设备上所有电器元件的的实际位置，为电气设备的安装及维修提供必要的资料。电器元件布置图可根据电气设备的复杂程度集中绘制或分别绘制。图中不需标注尺寸，但是各电器代号应与有关图纸和电器清单上所有的元器件代号相同，在图中往往留有10%以上的备用面积及导线管（槽）的位置，以供改进设计时用。

绘制原则：

1、绘制电器元件布置图时，机床的轮廓线用细实线或点划线表示，电器元件均用粗实线绘制出简单的外形轮廓。

2、绘制电器元件布置图时，电动机要和被拖动的机械装置画在一起；行程开关应画在获取信息的地方；操作手柄应画在便于操作的地方。

3、绘制电器元件布置图时，各电器元件之间，上、下、左、右应保持一定的间距，并且应考虑器件的发热和散热因素，应便于布线、接线和检修。

安装接线

电气安装接线图主要用于电气设备的安装配线、线路检查、线路维修和故障处理。在图中要表示出各电气设备、电器元件之间的实际接线情况，并标注出外部接线所需的数据。在电气安装接线图中各电器元件的文字符号、元件连接顺序、线路号码编制都必须与电气原理图一致。

绘制原则：

1、绘制电气安装接线图时，各电器元件均按其在安装底板中的实际位置绘出。元件所占图面按实际尺寸以统一比例会址。

2、绘制电气安装接线图时，一个元件的所有部件绘在一起，并用点划线框起来，有时将多个电器元件用点划线框起来，表示它们是安装在同一安装底板上的。

3、绘制电气安装接线图时，安装底板内外的电器元件之间的连线通过接线端子板进行连接，安装底板上有几条接至外电路的引线，端子板上就应绘出几个线的接点。

4、绘制电气安装接线图时，走向相同的相邻导线可以绘成一股线。

二次电路

(1) 直流回路从正极到负极：列如控制回路、信号回路等。从一个回路的直流正极开始，按照电流的流动的方向，看到负极为止。

(2) 交流回路从火线到中性线：列如电流、电压回路，变压器的风冷回路。从一个回路的火线（A、B、C相开始，按照电流的流动方向，看到中性线（N极）为止。

(3) 见接点找线圈，见线圈找接点：见到接点即要找到控制该接点的继电器或接触器的线圈位置。线圈所在的回路是接点的控制回路，以分析接点动作的条件。见线圈找出它的所有接点，以便找出该继电器控制的所有接点（对象）。

(4) 利用欧姆定律分析继电器判断是否动作：判别的依据是，电压型线圈的两端加有足够大的电压，电流型线圈的通过两端加有足够大的电流。对于电压型继电器的线圈回路，当线圈的两端通过若干个继电器的接点或电流线圈与分别电源的正、负极贯通，则认为继电器（接触器）动作（励磁），当回路中有短开的接点，或线圈回路串接有比较大的电阻，或者线圈被并接的接点短接时，则认为继电器（接触器）不动作（不励磁）。例如：开关分闸回路，当开关处于合位，分闸线圈的正极端串接有合位继电器（电阻大），则认为其不动作。当保护跳闸接点闭合，将线圈直接接到电源正极时，则认为分闸线圈动作。对于电流型（如跳闸回路的防跳跃继电器），当线圈的两端通过若干个继电器的接点或电阻较小的线圈与分别电源的正、负极贯通，则认为继电器（接触器）动作（励磁）。当回路中有短开的接点，或线卷回路串接有比较大的电阻，或者线卷被并接的接点短接时，则认为继电器（接触器）不动作（不励磁）。

(5) 看完所有支路：当某一回路，从正极往负极看回路时，如中间有多个支路连往负极，则每个支路必须看完。否则分析回路的就会漏掉部分重要的情况。

(6) 利用相对编号法、回路标号弄清安装图与展开图的接线原理图中设备的对应关系：核查安装图与展开图的对应关系的主要目的：第一是检查安装图是否与展开图相对应。第二，弄清展开图中各设备在现场的位置。从安装图（如保护屏端子排接线图）查清某个端子排的端子在展开图中的位置，则先查出该端子上所在的回路标号，再查对展开图中回路标号，相同的回路标号即同个回路，即可在展开图中迅速找到该回路，在展开图查明它在整个回路中的作用。如手上只有安装图或者发现安装图与展开图的原理接线图无法对应时，则从安装图中每个的设备端子上所标的编号，依据相对编号法，查到该所连接的另外设备的端子，然后再查出该端子所连接另外设备，直到查到直流电源的正负极或交流回路的火线和中性线为止。最后把整个相关的回路都查出来，画成图后可分析连接是否符合动作原理。当想弄清展开图上设备的位置时，则一是利用展开图上的设备表提供的位置，然后去相应的安装图上查对。二是先弄清展开图中的端子符号，哪些是屏柜端子排的端子、哪些是（保护或自动）装置的端子，然后直接去可能的屏柜、端子箱中查找。

(7) 识图特殊问题的解决方法。

A、如何用设备的实际状态（现场能看到的设备状态）来描述回路或继电器的动作条件：先以回路的接点分、合状态来描述回路的条件，然后根据接点的分、合状态与设备的状态的对应关系，替换描述（如用开关机构箱的“远/近控切换开关”在“远方”位置来代替“远/近控切换开关”在远方控制回路中的接点状态。必须逐步形成这一能力，否则看图纸将停留在原始状态，只能看到接点的分、合和继电器的是否励磁，无法与运行中设备状态的监视和操作结合起来。

B、如何弄清展开图中的部分采用方框画法设备与外部其他部分的连接？先查清方框画法设备的端子编号，然后利用能展示该设备内部接线图的装置说明书或厂家图，在这些图纸中找到往外部连接的端子编号，再与内部回路连接起来，然后通过往外的连接的端子再与外部回路联系起来。

五、运行管理

1、合理调整高峰时段用电负荷

正常情况下应尽量使变压器的负荷率控制在60%左右，此时变压器的损耗较低。因此，在高峰用电时段，应优化设备运行方案，选择卸除某些相对不重要的机电负荷和照明负荷，使高峰期负荷降低。

2、公共照明和办公设备运行管理

在不影响办公的情况下，应尽量调低照度或及时关闭灯具，无特殊需要，装饰类灯具尽量不要长时间开启。对人员流动较少的区域，灯具控制开关应采用感应式、声控式、触摸延时关闭等控制方式，有条件的可对公共照明系统进行实时监控。长时间不用的计算机等办公设备应及时切断电源，减少待机损失。

3、空调系统运行管理

夏季将空调设定温度值下调1℃，将增加9%的耗能；冬季将设定温度上调1℃，将增加12%的耗能。因此适当调整空调设定温度值，是空调节能的有效措施。同时，利用设备监控系统来加强空调系统机组设备的运行管理，并根据系统负荷的变化和气象环境，及时调整空调系统运行方案，降低设备运行总功率，控制空调设备的最佳启停时间，可在保证环境舒适的前提下，缩短空调不必要的运行时间，以实现节能运行。

4、电梯的运行管理

在低峰运行时，应及时调整程序停运部分电梯，并尽可能减少电梯的空载或低负荷运行。在高峰运行时，可采取每部电梯按计划缩减层站或错层停站措施，延长电梯行程，缩短运行周期，运行速度会有较大提升，从而提高其运行效率。